郑州地区建筑外墙被动式节能应用研究
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摘要
目前,我国社会总能耗的三分之一为建筑能耗,随着城镇化的快速发展,这个比例将迅速扩大。这些建筑大多数都只是被动的采用最低节能标准的保温隔热设计。或者忽视建筑节能要求,一味追求造型,加剧建筑能耗。外墙作为建筑围护的主要组成部分,在建筑设计中,为保证建筑室内环境要求和降低建筑的能耗,对建筑外墙节能的处理技巧和方法是非常重要的。
本文从被动式节能的角度入手,将研究的重点聚焦在外墙的热工性能上。讨论如何通过合理的设计,改善和提高外墙对风、光、热的有效利用率,提高室内使用环境的舒适度,降低建筑能耗。在研究的过程中,一方面梳理了外墙被动式节能的内涵以及影响因素,包括决定建筑主要耗能特点的地理因素和气候因素,建筑外墙的主要朝向,与常年风向的关系等等；决定该地区能够利用的被动式节能的范围以及能够实现节能效果的经济技术因素；以及其他因素对建筑整体布局和单体设计的影响等,为外墙被动式节能提出了设计原则。另一方面通过对外墙热工性能的分析,分别从保温隔热、自然采光、自然通风以及其他策略进行分类研究,结合大量实例进行印证,归纳出不同节能效果相应的外墙被动式节能措施。最后,以笔者参与设计的郑州地区实际项目为例,探讨通过对外墙被动式节能的设计达到减少建筑能耗目的的设计方法,为郑州本土化外墙被动式节能的设计路线提供理论上的依据和现实指导方向。
In China, the energy consumption of architecture industry has already attend30percent in the whole society's consumption nowadays. What's more, the proportion is getting higher and higher with the rapid development of urbanism. The majority of the architectures are just passively take the lowest energy saving standard of insulation design.Otherwise ignoring the request of energy saving standard, just focus on the figure of architectures, leading to a reality which make heavier energy consumption. As a main element of the maintenance part of architectures, the exterior wall is taking an insignificance function in the architecture design. It is really important to take an appropriate method to solve the energy saving problems of exterior walls, making sure to satisfy the environment request of indoor room and to induce the energy consumption of architectures.
Starting from the angle of passive energy saving, the issue of the research focus on the thermal capacity of the exterior wall. The essay discusses how to make the appropriate designs to improve the efficiency of the exterior wall getting used of the wind, light and thermal, to make the indoor space more comfortable as well as to reduce the consume of the energy. While researching, the essay does endeavor mainly on two aspects. On the one hand, it takes an arrangement of the meaning of "passive energy saving of exterior wall" and several influenced factors. First of all, it talks about the geographical and the climate factors which decide the main energy consumption characteristic, the face direction of the exterior wall and the relationship with the perennial wind's direction. What's more, it talks about the range of the architectures which can be used for the passive energy saving together with the economic and the technology factors which related to the final result of energy saving. It also talks the influence of other factors to the whole plan of the architecture group and the single design, which bring the principle for the passive energy saving design. On the other hand, by analysis the thermal capacity of exterior wall, the essay do researches from differ aspects range from insulation, nature lighting, nature ventilation and so on. Combining with huge amount of instances, the essay give a clear arrangement of methods to different energy saving effect.
Consequently, taking a real project which the writer have already join the design process as an example, the essay discuss the design methods of getting used of passive energy saving of exterior wall to attain the aim of final energy saving. It offers the theory basis as well as clue the direction for the real design tendency of localization passive energy saving design of exterior wall in Zhengzhou city.
本文从被动式节能的角度入手,将研究的重点聚焦在外墙的热工性能上。讨论如何通过合理的设计,改善和提高外墙对风、光、热的有效利用率,提高室内使用环境的舒适度,降低建筑能耗。在研究的过程中,一方面梳理了外墙被动式节能的内涵以及影响因素,包括决定建筑主要耗能特点的地理因素和气候因素,建筑外墙的主要朝向,与常年风向的关系等等；决定该地区能够利用的被动式节能的范围以及能够实现节能效果的经济技术因素；以及其他因素对建筑整体布局和单体设计的影响等,为外墙被动式节能提出了设计原则。另一方面通过对外墙热工性能的分析,分别从保温隔热、自然采光、自然通风以及其他策略进行分类研究,结合大量实例进行印证,归纳出不同节能效果相应的外墙被动式节能措施。最后,以笔者参与设计的郑州地区实际项目为例,探讨通过对外墙被动式节能的设计达到减少建筑能耗目的的设计方法,为郑州本土化外墙被动式节能的设计路线提供理论上的依据和现实指导方向。
In China, the energy consumption of architecture industry has already attend30percent in the whole society's consumption nowadays. What's more, the proportion is getting higher and higher with the rapid development of urbanism. The majority of the architectures are just passively take the lowest energy saving standard of insulation design.Otherwise ignoring the request of energy saving standard, just focus on the figure of architectures, leading to a reality which make heavier energy consumption. As a main element of the maintenance part of architectures, the exterior wall is taking an insignificance function in the architecture design. It is really important to take an appropriate method to solve the energy saving problems of exterior walls, making sure to satisfy the environment request of indoor room and to induce the energy consumption of architectures.
Starting from the angle of passive energy saving, the issue of the research focus on the thermal capacity of the exterior wall. The essay discusses how to make the appropriate designs to improve the efficiency of the exterior wall getting used of the wind, light and thermal, to make the indoor space more comfortable as well as to reduce the consume of the energy. While researching, the essay does endeavor mainly on two aspects. On the one hand, it takes an arrangement of the meaning of "passive energy saving of exterior wall" and several influenced factors. First of all, it talks about the geographical and the climate factors which decide the main energy consumption characteristic, the face direction of the exterior wall and the relationship with the perennial wind's direction. What's more, it talks about the range of the architectures which can be used for the passive energy saving together with the economic and the technology factors which related to the final result of energy saving. It also talks the influence of other factors to the whole plan of the architecture group and the single design, which bring the principle for the passive energy saving design. On the other hand, by analysis the thermal capacity of exterior wall, the essay do researches from differ aspects range from insulation, nature lighting, nature ventilation and so on. Combining with huge amount of instances, the essay give a clear arrangement of methods to different energy saving effect.
Consequently, taking a real project which the writer have already join the design process as an example, the essay discuss the design methods of getting used of passive energy saving of exterior wall to attain the aim of final energy saving. It offers the theory basis as well as clue the direction for the real design tendency of localization passive energy saving design of exterior wall in Zhengzhou city.
引文
[1l刘加平,谭良斌,何泉.建筑创作中的节能设计.北京：中国建筑工业出版社,P1.
[2]马静译,成海沛等编辑.绿色建筑.北京：中国城市出版社,2008,P10.
[3]张神树,高辉.德国低/零能耗建筑实例解析.北京：中国建筑工业出版社.2007.11,P7.
]朱佳音.寒冷地区“被动式房屋”模式研究及能耗分析.大连理工硕士论文,2009
[5]林宪德.绿色建筑(第二版).北京：中国建筑工业出版社.P133.
[6]茅艳.人体热舒适气候适应性研究.博士学位论文.西安建筑科技大学.2006.P105
[7]西安建筑科技大学绿色建筑研究中心编.绿色建筑.北京：中国计划出版社.1999.P152
[9]赵勇等.郑州市大气酸性物质与降水酸性的相关性分析.环境科学研究.2001
[10]燕文姝.建筑入口气候缓冲区的设计方法.大连理工硕士论文,2009
[11][英]诺伯特·莱希纳著.建筑师技术设计指南——采暖·降温·照明.北京：中国建筑出版社.2004.8.P71
[12]彭一刚.建筑空间组合论.北京：中国建筑工业出版社.2008.6.P3
[13]玛丽·古佐夫斯基Daylighting for Sustainable Design. P54.
[14]张雄,张永娟.建筑节能技术与节能材料.北京：化学工业出版社.2009.P311
[15]刘加平,谭良斌,何泉.建筑创作中的节能设计.北京：中国建筑工业出版社.2009年.P158
[16]刘加平,谭良斌,何泉.建筑创作中的节能设计.北京：中国建筑工业出版社.2009年.P159
[17]张建中等.YC新型节能幕墙在建筑节能的应用.第七届长三角科技论坛能源分论坛-能源保障与结构调整.,2010
[18]房智勇.建筑节能技术.北京：中国建材工业出版社.1999.P168.
[19]薛志峰.超低能耗建筑技术及应用.北京：中国建筑工业出版社.2005.
[20]刘先觉等.生态建筑学.北京：中国建筑工业出版社.2009.5P316.
[21] Christian Schittich.Builing Skins, Basel; Boston; Berlin:Birkhauser.2001.P33
[22]吴延鹏,马重芳.建筑用光导管技术的研究现状和发展趋势.北京：中国城市出版社.2008.P138
[23]日建设计集团.环境建筑的前沿——日建设计的思考与实践.北京：中国建筑工业出版社.2009.P160
[24]王鹏,潭刚.生态建筑中的自然通风.北京：世界建筑.2000.04.P62
01.张神树,高辉.德国低／零能耗建筑实例解析[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.11
02.林宪德.绿色建筑(第二版)[M].北京：中国建筑工业出版社,2011.9
03.刘加平,谭良斌,何泉.建筑创作中的节能设计[M].北京：中国建筑工业出版社,2009
04.[美]诺伯特·莱希纳著.建筑师技术设计指南——采暖·降温·照明[M].北京：中国建筑出版社,2004.8
05.彭一刚.建筑空间组合论[M].北京：中国建筑工业出版社,2008.6
06.[美]玛丽·古佐夫斯基,汪芳等译.可持续建筑的自然光运用(Daylighting for Sustainable Design)[M].北京：中国建筑工业出版社,2004
07.张雄,张永娟.建筑节能技术与节能材料[M].北京：化学工业出版社,2009.5
08.房智勇.建筑节能技术[M].北京：中国建材工业出版社,1999.
09.薛志峰.超低能耗建筑技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.
19.刘先觉等.生态建筑学[M].北京：中国建筑工业出版社,2008
11.日建设计集团.环境建筑的前沿——日建设计的思考与实践[M].北京：中国建筑工业出版社,2009
12.王崇杰,薛一冰等编著.太阳能建筑设计[M].北京：中国建筑工业出版社,2007
13.吕爱民.应变建筑——大陆性气候的生态策略[M].上海：同济大学出版社,2003.9
14.[美]G·Z·布朗、马克·德凯著,常志刚,刘毅军,朱宏涛译.太阳辐射·风·自然光[M].北京：中国建筑工业出版社,2006
15.冉茂宇,刘煜编.生态建筑[M].武汉：华中科技大学出版社,2008.11
16.涂逢祥著.中国建筑节能路径探索[M].北京：中国建筑工业出版社,2011.12
17.[英]维金顿,李冠钦译.建筑玻璃[M].北京：机械工业出版社,2002
18.刘先觉.密斯·凡·德·罗[M].北京：建筑工业出版社,1992.12
19.韩巍.高技术派设计[M].南京：江苏美术出版社,2001.8
20.中国建筑工业出版社编.新建筑新技术新材料[M].北京：中国建筑工业出版社,2003
21.付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.10
22.清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].中国建筑工业出版社,2009
23.刘加平.建筑物理[M].北京：中国建筑工业出版社,2000
24.江忆等编著.住宅节能[M].北京：中国建筑工业出版社,2003
25.夏云,夏葵,施燕.生态与可持续建筑[M].北京：中国建筑工业出版社,2001
26.[美]布莱恩·爱德华兹,周玉鹏,宋晔皓译.可持续性建筑(第二版)[M].北京：中建筑工业出版社,2003
27.[日]彰国社编.国外建筑设计详图图集13.被动式太阳能建筑设计[M].北京：中国建筑工 业出版社,2004
28.吴庆洲编著.生态的城市与建筑[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.06
29.蔡林海.低碳经济大格局[M].北京：经济科学出版社,2009(8)
30.宋晔皓著.结合自然整理设计——注重生态的建筑设计研究M].北京：中国建筑工业出版社,2000
31.班广生主编.建筑围护结构节能设计与实践[M].北京：中国建筑工业出版社,2010.8
32.吉沃尼.人·气候·建筑[M].北京：中国建筑工业出版社,1982
33.庄涛生(编著).建筑的节能[M].上海：同济大学出版社,1992
34.中国建筑业协会建筑接节能专业委员会.建筑节能技术[M].北京：中国计划出版社,1996
35.马静译,成海沛等编辑.绿色建筑[M].北京：中国城市出版社,2008,
36.迈克尔·威金顿,祖德·哈里斯著,高杲等译.智能建筑外层设计[M].大连：大连理工大学出版社,2003.08
1.贺栋.郑州地区教学建筑绿色节能设计研究[D].郑州大学硕士论文,2012
2.王丁丁.建筑设计与自然风[D].郑州大学硕士论文,2007
3.芦东.郑东新区高层办公建筑围护结构冬季节能研究——以光彩大厦为例[D].昆明理工大学硕士论文,2012
4.王丽娟.寒冷地区办公建筑节能设计参数研究[D].西安建筑科技大学硕士论文,2007
5.上官安星.玻璃节能技术在建筑设计中的研究及应用[D].天津大学硕士论文,2009
6.朱佳音.寒冷地区“被动式房屋”模式研究技及能耗分析[D].大连理工大学硕士论文,2009
7.徐悦.寒冷地区可调节式外遮阳与建筑的一体化设计[D].天津大学硕士论文,2007
8.谢琳娜.被动式太阳能建筑设计气候分区[D].西安建筑科技大学硕士论文,2006
9.董宏.自然通风降温设计分区研究[D].西安建筑科技大学硕士论文,2006
10.燕文姝.建筑入口气候缓冲区的设计方法[D].大连理工硕士论文,2009
1.李保峰.生态、技术及诗意的表达[J].世界建筑,2002.01
2.李保峰.“生态建筑”的思与行[J].新建筑,2001.05
3.赵西安.双层通风幕墙的构造及工程应用[J].建筑技术,2002.9
4.杨经文.生态设计方法[J].时代建筑,1999.03
5.荆其敏.生态建筑学[J].建筑学报,2000.07
6.卢求.德国新型建筑节能理念与应用[J].建筑学报,2004.03
7.李雁鸣,杨玉平,刘爱玲等.外窗与遮阳系统施工技术[J].建筑技术,2006.37(2)
8.田蕾,秦佑国著.可再生能源在建筑设计中的利用[J].建筑学报,2006,2
9.孙颖,吕蓬,李祝华著.德国建筑节能法规及技能技术简述[J].中国能源,2003(4)
10.涂锋祥著.运用建筑技术推进建筑节能[J].建筑科技,2005(15)
11.苏志刚,杨靖.遮阳设计从研究到实施[J].建筑学报,2004(4)
12.李道增.国际建筑界关于“生态建筑”的实践[J].世界建筑,2001(4)
13.祁斌.日本可持续的建筑设计方法与实践[J].世界建筑,1999(2)
14.黄薇.建筑形态与气候设计[J].建筑学报,1993(02)
15.齐百惠,肖毅强,赵立华,申杰.夏昌世作品的遮阳技术分析[J].南方建筑,2010,2,
16.彭小云,邰慧欣.天然采光的生态方法[J].华中建筑,2002.5
17.宋德萱,程光.办公建筑节能思考[J].城市建筑,2009.8
18.潘伟.中空玻璃节能院里简述[J].玻璃,2007年第1期
19.付建祥.河南省气候资源分析[J].河南省气象科学研究所
20.杨晖.绿色建筑中的自然通风[J].节能与环保,2003.5
21.韦峰.公共建筑“浅”绿色设计策略——以郑州节能环保产业孵化中心绿色示范楼为例[J].建筑与文化,2009.10
22.张建中等.YC新型节能幕墙在建筑节能的应用[J].第七届长三角科技论坛能源分论坛——能源保障与结构调整,2010
[2]马静译,成海沛等编辑.绿色建筑.北京：中国城市出版社,2008,P10.
[3]张神树,高辉.德国低/零能耗建筑实例解析.北京：中国建筑工业出版社.2007.11,P7.
]朱佳音.寒冷地区“被动式房屋”模式研究及能耗分析.大连理工硕士论文,2009
[5]林宪德.绿色建筑(第二版).北京：中国建筑工业出版社.P133.
[6]茅艳.人体热舒适气候适应性研究.博士学位论文.西安建筑科技大学.2006.P105
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[9]赵勇等.郑州市大气酸性物质与降水酸性的相关性分析.环境科学研究.2001
[10]燕文姝.建筑入口气候缓冲区的设计方法.大连理工硕士论文,2009
[11][英]诺伯特·莱希纳著.建筑师技术设计指南——采暖·降温·照明.北京：中国建筑出版社.2004.8.P71
[12]彭一刚.建筑空间组合论.北京：中国建筑工业出版社.2008.6.P3
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[14]张雄,张永娟.建筑节能技术与节能材料.北京：化学工业出版社.2009.P311
[15]刘加平,谭良斌,何泉.建筑创作中的节能设计.北京：中国建筑工业出版社.2009年.P158
[16]刘加平,谭良斌,何泉.建筑创作中的节能设计.北京：中国建筑工业出版社.2009年.P159
[17]张建中等.YC新型节能幕墙在建筑节能的应用.第七届长三角科技论坛能源分论坛-能源保障与结构调整.,2010
[18]房智勇.建筑节能技术.北京：中国建材工业出版社.1999.P168.
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[20]刘先觉等.生态建筑学.北京：中国建筑工业出版社.2009.5P316.
[21] Christian Schittich.Builing Skins, Basel; Boston; Berlin:Birkhauser.2001.P33
[22]吴延鹏,马重芳.建筑用光导管技术的研究现状和发展趋势.北京：中国城市出版社.2008.P138
[23]日建设计集团.环境建筑的前沿——日建设计的思考与实践.北京：中国建筑工业出版社.2009.P160
[24]王鹏,潭刚.生态建筑中的自然通风.北京：世界建筑.2000.04.P62
01.张神树,高辉.德国低／零能耗建筑实例解析[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.11
02.林宪德.绿色建筑(第二版)[M].北京：中国建筑工业出版社,2011.9
03.刘加平,谭良斌,何泉.建筑创作中的节能设计[M].北京：中国建筑工业出版社,2009
04.[美]诺伯特·莱希纳著.建筑师技术设计指南——采暖·降温·照明[M].北京：中国建筑出版社,2004.8
05.彭一刚.建筑空间组合论[M].北京：中国建筑工业出版社,2008.6
06.[美]玛丽·古佐夫斯基,汪芳等译.可持续建筑的自然光运用(Daylighting for Sustainable Design)[M].北京：中国建筑工业出版社,2004
07.张雄,张永娟.建筑节能技术与节能材料[M].北京：化学工业出版社,2009.5
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09.薛志峰.超低能耗建筑技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.
19.刘先觉等.生态建筑学[M].北京：中国建筑工业出版社,2008
11.日建设计集团.环境建筑的前沿——日建设计的思考与实践[M].北京：中国建筑工业出版社,2009
12.王崇杰,薛一冰等编著.太阳能建筑设计[M].北京：中国建筑工业出版社,2007
13.吕爱民.应变建筑——大陆性气候的生态策略[M].上海：同济大学出版社,2003.9
14.[美]G·Z·布朗、马克·德凯著,常志刚,刘毅军,朱宏涛译.太阳辐射·风·自然光[M].北京：中国建筑工业出版社,2006
15.冉茂宇,刘煜编.生态建筑[M].武汉：华中科技大学出版社,2008.11
16.涂逢祥著.中国建筑节能路径探索[M].北京：中国建筑工业出版社,2011.12
17.[英]维金顿,李冠钦译.建筑玻璃[M].北京：机械工业出版社,2002
18.刘先觉.密斯·凡·德·罗[M].北京：建筑工业出版社,1992.12
19.韩巍.高技术派设计[M].南京：江苏美术出版社,2001.8
20.中国建筑工业出版社编.新建筑新技术新材料[M].北京：中国建筑工业出版社,2003
21.付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.10
22.清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].中国建筑工业出版社,2009
23.刘加平.建筑物理[M].北京：中国建筑工业出版社,2000
24.江忆等编著.住宅节能[M].北京：中国建筑工业出版社,2003
25.夏云,夏葵,施燕.生态与可持续建筑[M].北京：中国建筑工业出版社,2001
26.[美]布莱恩·爱德华兹,周玉鹏,宋晔皓译.可持续性建筑(第二版)[M].北京：中建筑工业出版社,2003
27.[日]彰国社编.国外建筑设计详图图集13.被动式太阳能建筑设计[M].北京：中国建筑工 业出版社,2004
28.吴庆洲编著.生态的城市与建筑[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.06
29.蔡林海.低碳经济大格局[M].北京：经济科学出版社,2009(8)
30.宋晔皓著.结合自然整理设计——注重生态的建筑设计研究M].北京：中国建筑工业出版社,2000
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32.吉沃尼.人·气候·建筑[M].北京：中国建筑工业出版社,1982
33.庄涛生(编著).建筑的节能[M].上海：同济大学出版社,1992
34.中国建筑业协会建筑接节能专业委员会.建筑节能技术[M].北京：中国计划出版社,1996
35.马静译,成海沛等编辑.绿色建筑[M].北京：中国城市出版社,2008,
36.迈克尔·威金顿,祖德·哈里斯著,高杲等译.智能建筑外层设计[M].大连：大连理工大学出版社,2003.08
1.贺栋.郑州地区教学建筑绿色节能设计研究[D].郑州大学硕士论文,2012
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3.芦东.郑东新区高层办公建筑围护结构冬季节能研究——以光彩大厦为例[D].昆明理工大学硕士论文,2012
4.王丽娟.寒冷地区办公建筑节能设计参数研究[D].西安建筑科技大学硕士论文,2007
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6.朱佳音.寒冷地区“被动式房屋”模式研究技及能耗分析[D].大连理工大学硕士论文,2009
7.徐悦.寒冷地区可调节式外遮阳与建筑的一体化设计[D].天津大学硕士论文,2007
8.谢琳娜.被动式太阳能建筑设计气候分区[D].西安建筑科技大学硕士论文,2006
9.董宏.自然通风降温设计分区研究[D].西安建筑科技大学硕士论文,2006
10.燕文姝.建筑入口气候缓冲区的设计方法[D].大连理工硕士论文,2009
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5.荆其敏.生态建筑学[J].建筑学报,2000.07
6.卢求.德国新型建筑节能理念与应用[J].建筑学报,2004.03
7.李雁鸣,杨玉平,刘爱玲等.外窗与遮阳系统施工技术[J].建筑技术,2006.37(2)
8.田蕾,秦佑国著.可再生能源在建筑设计中的利用[J].建筑学报,2006,2
9.孙颖,吕蓬,李祝华著.德国建筑节能法规及技能技术简述[J].中国能源,2003(4)
10.涂锋祥著.运用建筑技术推进建筑节能[J].建筑科技,2005(15)
11.苏志刚,杨靖.遮阳设计从研究到实施[J].建筑学报,2004(4)
12.李道增.国际建筑界关于“生态建筑”的实践[J].世界建筑,2001(4)
13.祁斌.日本可持续的建筑设计方法与实践[J].世界建筑,1999(2)
14.黄薇.建筑形态与气候设计[J].建筑学报,1993(02)
15.齐百惠,肖毅强,赵立华,申杰.夏昌世作品的遮阳技术分析[J].南方建筑,2010,2,
16.彭小云,邰慧欣.天然采光的生态方法[J].华中建筑,2002.5
17.宋德萱,程光.办公建筑节能思考[J].城市建筑,2009.8
18.潘伟.中空玻璃节能院里简述[J].玻璃,2007年第1期
19.付建祥.河南省气候资源分析[J].河南省气象科学研究所
20.杨晖.绿色建筑中的自然通风[J].节能与环保,2003.5
21.韦峰.公共建筑“浅”绿色设计策略——以郑州节能环保产业孵化中心绿色示范楼为例[J].建筑与文化,2009.10
22.张建中等.YC新型节能幕墙在建筑节能的应用[J].第七届长三角科技论坛能源分论坛——能源保障与结构调整,2010